一種調節供電進行溫度補償的高精度時鐘電路
2021年電子技術應用第5期
劉銘揚1，2，3，王小松1，2，3，劉 昱1，2，3
1.中國科學院微電子研究所，北京100029；2.中國科學院大學，北京100049； 3.新一代通信射頻芯片技術北京市重點實驗室，北京100029
摘要： 基于0.18 μm CMOS標準工藝，實現了一種調節供電電壓對溫度進行補償的高精度時鐘電路，且有效避免了溫度變化及供電波動對振蕩頻率的影響。相較于同種類型電路，該結構無需帶隙基準源及運算放大器，在優化性能的同時，極大程度地縮減了芯片面積及電路復雜度。經仿真驗證，當溫度變化為-40 ℃～85 ℃時，時鐘偏差小于1%，可以穩定輸出頻率為2 MHz的時鐘信號；當供電由1.6 V波動至2.0 V時，時鐘振蕩頻率波動僅為28 Hz。
中圖分類號： TN432
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201026
中文引用格式： 劉銘揚，王小松，劉昱. 一種調節供電進行溫度補償的高精度時鐘電路[J].電子技術應用，2021，47(5)：117-121.
英文引用格式： Liu Mingyang，Wang Xiaosong，Liu Yu. A high-precision clock circuit with temperature compensation based on power supply regulation[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(5)：117-121.
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201026
中文引用格式： 劉銘揚，王小松，劉昱. 一種調節供電進行溫度補償的高精度時鐘電路[J].電子技術應用，2021，47(5)：117-121.
英文引用格式： Liu Mingyang，Wang Xiaosong，Liu Yu. A high-precision clock circuit with temperature compensation based on power supply regulation[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(5)：117-121.
A high-precision clock circuit with temperature compensation based on power supply regulation
Liu Mingyang1，2，3，Wang Xiaosong1，2，3，Liu Yu1，2，3
1.Institute of Microelectronics of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100029，China； 2.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China； 3.Beijing Key Laboratory of Radio Frequency IC Technology for Next Generation Communications，Beijing 100029，China
Abstract： Based on 0.18 μm CMOS IC process, a high-precision clock circuit that controls power supply voltage to compensate temperature was presented，which effectively avoids the influence of temperature changes and power supply voltage fluctuations on the oscillation frequency. Compared with the other types of clock generating circuit, this structure does not require bandgap reference sources and operational amplifier. While optimizing performance, it greatly reduces the chip area and circuit complexity. Under the -40 ℃ to 85 ℃ temperature range, the output frequency is stable at 2 MHz and the clock deviation is less than 1%. When the power supply voltage fluctuates from 1.6 V to 2.0 V， the variation of clock oscillation frequency is 28 Hz at most.
Key words : ring oscillator；temperature compensation；clock self-correction
0 引言
參考時鐘于任何模數混合電路而言，都是尤為重要的組成部分。通常用來產生時鐘信號的方式有兩種：其一是使用片外晶體振蕩器、陶瓷振蕩器等，雖說可以輸出恒定的頻率，卻難以避免地增加了整個系統的面積和成本；其二是設計片內集成振蕩器，按照結構類型的不同，又可以劃分為遲滯振蕩器、LC振蕩器和環形振蕩器[1]。
相較于其他幾種片內集成振蕩器，環形振蕩器僅由奇數個反相器串聯而成，其功耗較低，結構簡單，且輸出頻率不受限，所以應用范圍更廣。但環形振蕩器的輸出頻率更容易受到工藝參數、溫度和供電波動帶來的影響，由此帶來很大的時鐘偏差[2]。如何對不可抗因素造成的偏差進行補償，以提高環振電路輸出頻率的可靠性與穩定性，一直都是一項具有挑戰性的工作。
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作者信息:
劉銘揚1，2，3，王小松1，2，3，劉 昱1，2，3
(1.中國科學院微電子研究所，北京100029；2.中國科學院大學，北京100049；
3.新一代通信射頻芯片技術北京市重點實驗室，北京100029)
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